永动机为什么不能实现(最成功的永动发电机)

大家好，我是讯享网，很高兴认识大家。

谣言:

永动机可以在不消耗任何自然资源的情况下获得无限的动力。

谣言:

科学在生产生活中的应用，使人类从繁重的体力劳动中解放出来，但却消耗了大量的能量和动力。于是人们梦想发明一种不消耗任何外部能量就能持续输出能量或动力的机器。人们曾经认为，如果能把它制成永动机，它就能获得无穷的动力，而不消耗任何自然资源。这的确是一个极其诱人的幻想！长期以来，许多人致力于永动机的研究和开发。但到目前为止，还没有一台永动机测试成功。原因是什么？

随着自然科学的进步，我们知道永动机的想法在工作原理上违背了热力学的基本定律，所以根本不可能实现。热力学四大基本定律是自然科学中最坚实的定律，是数百年来科学、技术和经验的结晶。到目前为止，我们还没有发现违反热力学基本定律的案例。

人们想象中的永动机可以分为两类:第一类是违反热力学第一定律的永动机，第二类是违反热力学第二定律的永动机。那么，为什么这两类永动机都无法实现呢？

达芬奇设计的永动机图达芬奇设计的永动机示意图

违反热力学第一定律的永动机

热力学第一定律(即能量守恒和转化定律)揭示:“自然界中物质的能量可以从一种形式转变为另一种形式，也可以从一个物体转移到另一个物体，但在转变或转移的过程中，能量之和保持不变。”“第一类永动机”的工作原理是不消耗能量就能做功，这与第一定律相悖。这种永动机的代表作是Da？芬奇设计的永动机，有望利用不平衡扭矩使车轮绕中心轴旋转，可以持续输出动力。而在某个位置，所有球体产生的力矩正好可以相互抵消，所以该装置根本无法实现想象中的“永动机”。在接下来的时间里，大量的制造第一类永动机的实验，设想利用浮力、电磁力、惯性力或毛细作用的实验，相继失败。早在1586年，荷兰科学家史蒂文就在他的著作《静力学基础》中明确指出，用机械方法是不可能制造出永动机的。

1775年，基于理论和实践证明的第一种永动机无法实现的事实，法国科学院通过决议，拒绝尝试“任何显示永动机的机器”。

违反热力学第二定律的永动机

第二种永动机是一种只从一种能源中获得一定动力，永远运转的装置。这种永动机的代表作品是美国发明家伽马(Gammae)设计的“零度发动机”，以液氨为工质。该装置的工作原理是:液氨从周围环境中吸热，汽化后体积膨胀，推动活塞，输出驱动力，然后自动冷凝，向周围环境释放热量。在整个循环中，能量守恒，不违反第一定律。而且由于能量转换，输出的功最终以热量的形式释放到环境中，这样环境的能量就可以取之不尽用之不竭。如果重复上述过程，就可以连续做功。这种设计看似可以实现，却违背了热力学第二定律。所以实验当然是失败的，也是无法实现的幻想。

热力学第二定律揭示，从单一热源获取热量并完全转化为功而不影响环境是不可能的。热力学第二定律强调传热过程的方向性。虽然热量可以自发地从高温物体传递到低温物体，但是这个传递过程必须消耗一定的功。而甘穆尔的“零度发动机”是一种从单一热源获得热量并转化为功的机械。液氨从高温环境中吸热气化的过程可以自发进行，而气态氨的冷凝放热过程不能自发实现。它必须有一个低于环境温度的冷源，而维持这个冷源需要消耗一定的能量，所以这个装置的“永久运动”是无法实现的。

法国科学院关于永动机的决议

1775年，法国科学院郑重通过决议，绝不接受永动机的应用。法国科学院的历史有如下记载:“这一年，科学院通过了一项决议，决定拒绝听取以下问题的答案:与立方体面积相同的正方形、角三等分、圆以及任何显示永恒运动的机器。”作如下解释:建造永动机是绝对不可能的，即使中间的摩擦和阻力最终没有破坏原动力，这个动力也不可能产生和原动力一样的效果；再比如，如果动力可以连续工作，那么在一定时间内效果会无限小。如果摩擦力和阻力减小，初始运动可能继续，但不能作用于其他物体。在这种假设下(自然不可能存在)，唯一可能的永恒运动对于实现永动机建造者的目的是无用的。

热力学体系建立后，经过缜密的逻辑推理和研究证明，永动机违背了热力学的基本原理。目前，美国专利商标局也禁止向“永动机”等申请授予专利证书。

评审专家:中国科学院高能物理研究所原副所长、中国物理学会科普委员会主任张闯。